CN103643110A - 一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿山、水泥、电力等领域使用球磨机轻质高锰钢衬板及其制备方法。包括步骤：（1）原料在中频感应炉熔炼，温度至1500℃~1650℃时加Al，在1530℃~1580℃出钢；（2）在1400℃~1450℃浇注入金属模具型腔中；（3）从常温加热到600℃~650℃的加热速度30~40℃/h，保温6h；之后加热速度提高到120~140℃/h，直到水淬温度1080℃~1100℃为止，保温4h；采用水淬，水温控制在15℃~30℃，淬火终了水温＜50℃。本发明通过添加适量的Al和Mn来降低的密度，通过优化冶炼和浇注工艺来改善力其学性能；所冶高锰钢衬板密度在6.60~7.10g/cm3，比现有高锰钢衬板密度降低9%~15%，耐磨度可比普通高锰钢提高35%以上。本发明与现有方法生产的衬板比较具有相当的性能，但明显降低了衬板的密度和生产成本。

Description

一种球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种矿山、水泥、电力等领域使用球磨机轻质高锰钢衬板及其制备方法，属于金属材料技术领域。
背景技术
随着企业生产规模的不断扩大和矿石品位的降低，球磨机的生产能力愈来愈大，我国逐步向着球磨机大型化的方向迈进；然而世界能源日趋紧缺，导致燃料价格节节攀升，节约能量消耗已成为世界各国的共识。对物料粉碎过程的能量消耗和钢材消耗，成为许多国家调查研究的重点。传统的衬板材料普遍采用高锰钢铸造而成的，全国每年消耗的高锰钢衬板达数百万吨。近些年来，出现一些超高锰球磨机衬板，如公开号CN102433508A的专利，提供了一种超高锰球磨机衬板及其制备方法；虽然其耐磨性比普通高锰钢提高30%，但在大型球磨机使用，由于其衬板的重量较大，故而增加能耗，导致其增加的耐磨性综合效果不那么明显；又如专利号CN1080327公开了低合金球磨机耐磨衬板及制造工艺，该发明由于添加价格昂贵的钼和铜，因此生产成本较高。
发明内容
为了克服上述球磨机衬板的不足，本发明就提供一种耐磨性较好、生产成本低、使用寿命长、球磨机生产低能耗的轻质高锰钢衬板的制备方法与工艺。
为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：
一种球磨机用轻质高锰钢衬板，所述高锰钢衬板为奥氏体与铁素体两相组织结构，密度在6.60~7.10g/cm3，原料按重量百分比的组成为：
C    0.80%~1.00%；
Si   0.40%~0.60%；
Mn   20.00%~30.00%；
Al   5.00%~10.00%；
P    0~0.005%；
S    0~0.003%；
余量为Fe及不可避免杂质。
本发明还提出一种球磨机用轻质高锰钢衬板的制备方法，包括以下步骤：
（1）按所述组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、S、P，然后加入到中频感应炉熔炼，当钢水温度至1550~1650℃时加Al，出钢温度控制在1530℃~1580℃；
（2）当温度降到1400℃~1450℃时，浇注入金属模具型腔中，浇注采用慢—快—慢的方式；浇注时间控制在10s以内；
（3）热处理：以30~40℃/h加热速度从常温加热到600℃~650℃的温度区间内，待温度加热到600℃~650℃时保温6h，之后加热速度提高到120~140℃/h，直到水淬温度1080℃~1100℃为止，保温4h；保温后应迅速地将铸件从炉中拉出投入水中，从打开炉门到工件全部入水的时间应在1min范围内，以保证铸件温度不低于980℃。水温控制在15℃~30℃，淬火终了水温＜50℃。
所述的加铝温度可以为1600℃。
所述的出钢温度可以为1560℃。
所述的浇注温度可以为1430℃。
所述热处理的可以在630℃~650℃加热速度35℃/h，到1080℃~1100℃加热速度130℃/h，淬火终了水温45℃。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.本发明是通过优化合金设计，与现有技术相比，具有较低的密度，所铸造的高锰钢衬板密度在6.60~7.10g/cm3，比现有高锰钢密度降低9%~15%；除此之外，本发明的钢种还具有优异的硬度和冲击韧性，耐磨度可比普通高锰钢提高35%以上。
2.本发明的衬板中不含有铜、钼等贵重金属，与中低合金球磨机耐磨衬板相比，本发明衬板成本明显降低，其性价比较高。
附图说明
图1 是本发明的热处理工艺；
图2 是本发明铸件的铸态金相组织。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。
本发明的设计依据是：
碳：碳是决定高锰钢力学性能和耐磨性的主要元素，但含量过高时，会在铸态组织中出现大量的呈网状分布的碳化物，降低晶粒间的强度极限引起裂纹的扩展、长大，难在水韧处理时完全溶于奥氏体中，会在原来碳化物所在的位置留下空洞，造成显微裂纹，碳含量过低时，虽然韧性高，但耐磨性不够；因此本发明的碳含量控制在0.80%~1.00%之间。
硅：硅在高锰钢中可以固溶于奥氏体中，提高固溶体的硬度和强度，强化固溶体的作用，提高屈服强度。当硅＞0.6%时，不仅易使高锰钢产生粗晶，而且降低C在奥氏体中的溶解度，促进碳化物沿晶界析出，降低钢的韧性和耐磨性，增加钢的热烈倾向，使变形强化能力变差；当硅含量较少时，碳化物常呈针片状，降低冲击韧性；因此本发明的硅含量控制在0.40%~0.60%之间。
锰：锰是高锰钢中主要成份，它扩大γ相区，促进生成奥氏体，并稳定奥氏体组织，并降低Ms点，使高锰钢奥氏体组织能保持到室温。锰含量过低不能满足生成奥氏体的条件，则有非奥氏体组织出现，使钢的加工硬化能力下降。高锰钢的强度、冲击韧性随着锰含量增加而提高，这和锰增加晶间结合力有关。但是锰含量高时使钢的导热性降低容易得到穿晶组织，易产生粗大的柱状晶并生成锰的碳化物，给铸造后的热处理带来不利的影响，影响高锰钢的性能，锰含量的多少，主要由工况条件、铸件结构等方面决定。大断面和结构复杂的铸件含锰量应高些，用于强烈冲击的铸件，则采用低碳和高猛，综合考虑本发明锰含量控制在20.00%~30.00%。
铝：铝可以减少并消除高锰钢铸态组织中的网状二次碳化物、提高高锰钢的铸态冲击韧性ak值、并且还可以提高铸态铝提高奥氏体基体加工硬化能力，在厚壁件上铝的这些作用更大；铝的加入还使加工硬化后的硬度提高。最为重要的是铝的密度比铁低很多，它的加入可以大大降低铸件的密度，为此综合考虑本发明铝含量控制在5.00%~10.00%。
磷、硫：磷和硫均为有害元素，产生MnS以及P的共晶，分布在晶界上，降低冲击韧性（ak）；随着P量的增加，衬板的使用寿命降低，在高锰钢中很容易C、Mn的偏析，会加剧磷的有害作用。因此本发明严格控制硫、磷含量，P<0.005%、S<0.003%。
实施例：
球磨机用轻质高锰钢衬板化学成分重量百分比为：0.95%~1.00%C、0.50%~0.60%Si、26.0%~28.0%Mn、9.0%~10.0%Al、P<0.005%、S<0.003%，余量为Fe。
球磨机用轻质高锰钢衬板及其制备方法，包括以下步骤：
按组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、S、P，然后加入中频感应炉熔炼，当钢水温度至1600℃时加铝，出钢温度1560℃；
当温度降在1430℃浇注入金属模具型腔中，浇注采用慢—快—慢的方式；浇注时间控制在10s以内。
热处理：以35℃/h加热速度从常温加热到650℃，保温6h，之后加热速度提高到130℃/h，直到水淬温度1100℃为止，保温4h；保温后应迅速地将铸件从炉中拉出投入水中，从打开炉门到工件全部入水的时间应在1min范围内，铸件温度为990℃。淬火时水温为20℃，淬火终了水温45℃。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种球磨机用轻质高锰钢衬板，其特征在于：所述高锰钢衬板为奥氏体与铁素体两相组织结构，密度在6.60~7.10g/cm3，原料按重量百分比的组成为：
C    0.80%~1.00%；
Si   0.40%~0.60%；
Mn   20.00%~30.00%；
Al   5.00%~10.00%；
P    0~0.005%；
S    0~0.003%；
余量为Fe及不可避免杂质。
2.如权利1所述的球磨机用轻质高锰钢衬板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按所述组成原料的重量百分比称取C、Si、Mn、S、P，然后加入到中频感应炉熔炼，当钢水温度至1550~1650℃时加Al，出钢温度控制在1530℃~1580℃；
（2）当温度降到1400℃~1450℃时，浇注入金属模具型腔中，浇注采用慢—快—慢的方式；浇注时间控制在10s以内；
（3）热处理：以30~40℃/h加热速度从常温加热到600℃~650℃的温度区间内，待温度加热到600℃~650℃时保温6h，之后加热速度提高到120~140℃/h，直到水淬温度1080℃~1100℃为止，保温4h；保温后应迅速地将铸件从炉中拉出投入水中，从打开炉门到工件全部入水的时间应在1min范围内，以保证铸件温度不低于980℃。
3.水温控制在15℃~30℃，淬火终了水温＜50℃。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的加铝温度为1600℃。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的出钢温度为1560℃。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的浇注温度为1430℃。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述热处理的在630℃~650℃加热速度35℃/h，到1080℃~1100℃加热速度130℃/h，淬火终了水温45℃。
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